Version vom 26. August 2005, 11:47 Uhr

Texturen, Tapeten und Ihre Tücken

Vorwort

Hi Leute, kaum zu glauben, aber wahr. Dieses Tutorial wird ausnahmsweise mal etwas mehr Erholung sein. Zumindest am Anfang. Was wir bisher erreicht haben ist ja alles schön, nett, praktisch und auch wichtig als Grundlage, aber wenn wir aus dem Fenster sehen, hören wir die Vöglein zwitschern. Hö? Wir hören was sehend? Es ist tiefste Nacht? Es muss Frühling sein ^__^. Und was macht man da Normalweise? Wir kramen herum und machen einen großen Frühjahrsputz… die Schränke abziehen und alles schön sauber und ordentlich machen. Hach… es dürstet mich richtig danach… :D (means… *würg*). Da unsere Tutorials bisher Gott sei Dank keine dreckige Sache waren, werden wir das mit dem Saubermachen einfach mal wegfallen lassen und uns nur mit einem Tapetenwechsel begnügen. In der Tat werden wir ab jetzt unseren Tutorials mehr grafisches Gewicht zumuten. Endlich haben die blauen Dreiecke ein Ende! Ich wünsche Euch viel Spaß ;).

Crash-Kurs im Handwerk des Tapezierens

Ich verstehe nur "Renovierung"?

Ich finde es immer wieder erschreckend Leute im Internet zu treffen, die nicht wissen was eine Textur ist… ich meine, kennen keinen Kafka, keine Quantenphysik und wissen nicht einmal wo man die Systemsteuerung findet. Wie soll man solch einem Menschen erklären, was eine Textur ist? Nun, am Besten fangen wir mit einem möglichst praktischen Beispiel an. Texturen sind wie… Tapeten. Wir blicken nun zu unserer linken Seite. Der Autor erwartet nun ein DirectMind-Uplink zum Empfangen der visuellen Bildsignale. Dort haben wir eine schöne Wand… quadratisch in ihrer Form. Wollen wir diese mit einer Tapete verzieren, gehen wir in den nächsten Baumarkt, suchen uns eine hübsche aus und bringen diese an der Wand an. Natürlich haben wir eine große geholt, und fangen nicht mit kleinen Streifen an. Wenn dann alles geklappt hat stehen wir vor dieser Wand und begutachten die Tapete in voller Pracht direkt vor uns. Wir haben die Wand texturiert. Streng genommen machen wir auch bei OpenGL nichts anderes, als ein Bild zu laden und dieses auf eine Fläche zu kleben. Wir werden uns jedoch auf Dauer nicht damit begnügen immer nur quadratische Flächen zu texturieren, sondern durchaus auch mal Dreiecke oder andere Vielecke. Und auch hat man uns Werkzeuge in die Hand gegeben, um diese Textur noch nachträglich an der Wand zu verschieben, ohne dass wir sie abnehmen müssen. Ist doch super. Es lebe die virtuelle Welt!

Tapezieren leicht gemacht!

Okay, wir haben lange genug um den heißen Brei herumgeredet und sollten uns nun endlich auf die Arbeit stürzen. Jeder von uns sollte in der Lage sein, ein Quadrat in OpenGL genau vor unserer Nase zu erzeugen.

Leeres Quadrat

Spätestens nun sollte die gleiche Frage aufkommen, wie bei jedem, der zum ersten Mal versucht, eine Tapete an die Wand zu bringen: "Wie rum muss ich das Ding da befestigen?". Immerhin müssen wir uns nicht um den Leim kümmern, das erledigt unsere Grafikkarte bzw. OpenGL für uns ;).

Wer noch nie 3D programmiert hat, wird im ersten Moment vielleicht fälschlicherweise denken, dass man die Position der Textur per Weltkoordinaten definiert. Das hätte allerdings fatale Folgen, sobald sich das Objekt im Raum bewegt. Wir müssten die Position jedes mal neu berechnen. Um eben dieses Problem zu umgehen, geht man in der 3D-Programmierung einen anderen Weg. Man vergibt einfach für jede Ecke eines Objektes eine Koordinate der Textur. OpenGL errechnet dann aus diesen Texturkoordinaten das Stück der Textur, das dann über das gesamt Objekt projiziert wird.

Die Rede ist hierbei vom so genannten UV-Mapping, welches vor allem bei Anfängern ein leichtes Gefühl des Unbehagens auslösen sollte. Es ist jedoch nur halb so wild, wenn man es halbwegs verstanden hat.

Betrachten wir gleich mal folgendes Bild und versuchen, uns in die Problematik hineinzuversetzen. Da Texturen unterschiedliche Größen haben können wurden so genannte Texturkoordinaten eingeführt. Es ist total egal, wie groß eine Textur ist, da sie nur einen Wertebereich von 0 bis 1 haben kann. Das heißt, wenn eine Textur 256x256 groß ist und eine andere 512x512, so haben beide eine maximale Größe von 1. Wir brauchen also das UV-Mapping nicht verändern, selbst wenn ein Objekt eine neue Textur mit anderer Größe erhält!

Textur und leere Quadratfläche

Auf diesem Bild sehen wir zum einen die Textur, die wir verwenden wollen, zum anderen das Objekt, auf des "geklebt" werden soll. Natürlich sieht das in der Realität nicht so aus, ich denke aber diese Darstellung erleichtert das Verstehen ;).

Der untere linke Bereich der Textur trägt die Texturkoordinaten von (0 / 0) (d.h. u = 0 und v = 0), der obere linke Bereich (0 / 1), der obere rechte Teil (1 / 1) und schließlich der untere rechte Bereich (1 / 0). Das heißt, alles was wir machen müssen, um auf unser Objekt eine Textur zu kleben, ist dem jeweiligen Eckpunkt unseres Quadrates die entsprechende Texturkoordinate zuzuweisen. Wobei in diesem Sinne korrekt in Anführungszeichnen stehen sollte. Es gibt kein falsches UV-Mapping! Man kann tolle Sachen mit diesen Textur-Koordinaten machen und so z.B. auch eine Textur auf einem Objekt spiegeln. Dafür müssten wir in unserem Beispiel nur die linken und rechten UV-Mapping vertauschen und z.B. für den zweiten Punkt die Koordinaten von (1 / 1) setzen und dafür beim dritten (0/ 1). Genauso würden wir auch die unteren vertauschen. Die UV-Koordinaten, wie sie oben angegeben sind, bedeuten nur, dass die Textur, so wie sie in der Datei vorkommt, auch auf das Objekt geklebt wird. Selbstverständlich ist es auch möglich eine Textur gekachelt aufkleben indem Ihr Texturkoordinaten > 1 vergebt, ebenso wie es möglich ist nur Teile einer Textur zu verwenden. Spielt ruhig ein wenig damit herum, und schaut Euch an was passiert! Auf einige tolle Spielerei kommen wir zum Schluss noch mal zurück :).

Textur und leere Quadratfläche

Sicherlich brennt es einigen von Euch nun bereits unter den Finger und Ihr fragt "wie kann ich denn die UV-Koordinaten den Eckpunkten der Fläche zuweisen?". Nun, zunächst funktioniert das ähnlich wie bei allen Dingen unter OpenGL. Wir setzen eine UV-Koordinate und solange wir nichts verändern, werden alle Punkte mit diesen Koordinaten versehen, bis wir andere Instruktionen geben. In unserem Fall müssen wir dies natürlich nach jedem Punkt machen. Die Funktion, die dafür verwendet wird heißt glTexCoord. Um also eine Textur auf unserem Quad zu projizieren, benötigen wir folgenden Code:

glBegin(GL_QUADS);
  glTexCoord2f(0,0); glVertex3f(-1,-1,0);
  glTexCoord2f(0,1); glVertex3f(-1,1,0);
  glTexCoord2f(1,1); glVertex3f(1,1,0);
  glTexCoord2f(1,0); glVertex3f(1,-1,0);
glEnd;

Das klappt doch wunderbar oder? Damit wir die Textur aber auch wirklich genießen können müssen wir Texturing mit Hilfe von glEnable und dem Token GL_TEXTURE_2D aktivieren. Mit Hilfe von glDisable und demselben Token ist es dann auch möglich Objekte zu Zeichnen, die über keine Texturen verfügen. Andernfalls würde nämlich die zuletzt gesetzte Textur und die Texturkoordinaten des letzten glTexCoord-Aufrufs verwendet werden.

Doch eine Kleinigkeit habe ich Euch nun doch noch verschwiegen! Wir müssen natürlich noch die richtige Textur setzen, damit OpenGL überhaupt weiß, was auf diesem Quad gezeichnet werden soll. Dies ist an sich noch relativ einfach, allerdings müssen wir diese auch noch in den Speicher bekommen, damit sie überhaupt zur Verfügung steht. Nun wird's theoretisch ;).

Tapeten besorgen

Ich werde jetzt nicht näher darauf eingehen, wie man Texturen erstellt, vielleicht gibt's ja einige Photoshop-Experten unter Euch, die Lust haben, einige Ihrer Tricks den anderen in Form eines Tutorials zu zeigen?

Zunächst einmal müssen wir die uns die eigentlichen Bilddaten besorgen. Wir werden das jetzt in diesem Tutorial mit SDL machen es gibt jedoch auch die möglichkeit die Daten manuell zu laden das könnt ihr hier nachlesen:

• TGA Bilder laden

Es gibt allerdings auch Textur loader die euch die nächsten Kapitel abnehmen und das alles für euch machen. glBitmap ist so ein Loader, mehr dazu erfahrt ihr in dem glBitmap-Artikel.

Bei SDL rufen wir nur IMG_Load auf und prüfen ob das laden erfolgreich war:

var 
  tex : PSDL_Surface;
begin
	tex := IMG_Load('./wiki.jpg');
	if assigned(tex) then
	begin

Das war es dann auch schon… wir haben die Textur im Speicher Doch was nun?

Texturen richtig zubereitet

Nachdem sich unsere Textur nun im Speicher des Computers befindet, geht es darum, daraus auch eine richtige Textur zu machen, damit wir diese in OpenGL anzeigen können. Bisher befinden sich ja nur die Rohdaten im Speicher! Hierfür teilen wir OpenGL mit, dass wir eine neue Textur erzeugen wollen:

glGenTextures(1, TexID);

TexID ist in diesem Fall ein gluInt, kann aber genauso gut ein Array davon sein, um mehrere Texturen zu erzeugen. Genau dafür wird dann auch der erste Parameter verwendet, der OpenGL mitteilt, wie viele Texturen in dieses Array geschrieben werden sollen. In unserem Fall ist dies eben nur ein Element. Aber was ist ist das für ein Wert in TexID? OpenGL verwaltet die Texturen anhand eindeutiger Namen. glGenTextures ermittelt einen oder mehrere bisher ungenutzte Namen und schreibt diese in TexID. Durch TexId können wir unsere Textur ab sofort also eindeutig identifizieren.

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, @TexID);

Wir teilen OpenGL mit, dass sich von nun an alle Änderungen und Anweisungen, die sich auf Texturen beziehen auf die Textur TexID beziehen. Die folgenden beiden Zeilen sind zwar nicht wirklich nötig, um eine Textur zu erzeugen aber glaubt mir, sie werden ansonsten potthässlich aussehen. Wir werden in einem anderen Tutorial näher auf dessen Bedeutung eingehen, nämlich den so genannten Textur-Filtern. Die momentane Einstellung ist leicht rechenlastig, jedoch auch von recht guter Qualität. Ihr werdet anfangs keine Probleme mit der Geschwindigkeit bekommen ;).

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);

Zu guter letzt werden müssen wir die Bildinformationen in unserem TBitmap-Objekt irgendwie OpenGL mitteilen. Dies übernimmt die Funktion glTexImage2D:

glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 3, tex^.w, tex^.h,0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, tex^.pixels);

Der erste Parameter steht für den Typ der Textur. Die Dimension des Typs muss hier mit der des Befehls übereinstimmen (glTexImage2D erlaubt also nur GL_TEXTURE_2D). Der zweite Parameter gibt die Nummer des Level of Detail (LoD) an. Für den Anfang reicht hier der Level 0. Der dritte Parameter gibt an, wie viele Farbkomponenten in dem Bild enthalten sind (1-4). Die zwei folgenden Parameter übermitteln OpenGL die Breite und die Höhe des Bildes. Der sechste Parameter gibt die Breite des Rahmens an. Im siebenten Parameter wird das Format verlangt, in welcher Reihenfolge die einzelnen Farbkomponenten gespeichert sind. Bei Bitmaps ist das immer die Reihenfolge Blau, Grün, Rot. Der Typ, der einzelnen Farbwerte muss im 8. Parameter angegeben werden. Letztendlich müssen im 9. Parameter nur noch die Bildpunkte selbst übergeben werden. Mit Hilfe dieser Funktion sollten nur Texturen der Größe 2^n x 2^n erzeugt werden. Andernfalls werdet Ihr die Textur nicht in Ihrer vollen Schönheit, d.h. überhaupt nicht betrachten können. Es gibt jedoch Möglichkeiten Texturen zu laden, die nicht die Größe 2^n entsprechen. Die Funktion gluBuild2DMipmaps bildet hier beispielsweise eine Alternative. Das war es auch schon. Wer mehr über die einzelnen Parameter und Befehle wissen will ist herzlich eingeladen in unserem Wiki umherzustöbern und sein Wissen zu erweitern um später selbst vielleicht einmal ein paar Artikel im Wiki zu veröffentlichen.

Die Daten im Arbeitsspeicher brauchen wir nun nicht mehr. Bei SDL geben wir sie so frei:

SDL_FreeSurface(tex);

Fassen wir das ganze bei SDL nochmal zusammen:

var
  tex : PSDL_Surface;
begin
  tex := IMG_Load('./wiki.jpg');
  if assigned(tex) then
  begin		
    glGenTextures(1, @texture);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);
		
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
		
    // Achtung! Einige Bildformate erwarten statt GL_RGB, GL_BGR. Diese Konstante fehlt in den Standard-Headern
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 3, tex^.w, tex^.h,0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, tex^.pixels);

    SDL_FreeSurface(tex);
  end;

Nun kommt aber bitte nicht auf die Idee die Textur in euerer Hauptschleife wieder und wieder neu zu laden. Es reicht die Textur einmal zu laden und von da an steht sie einem solange zur Verfügung bis man gedenkt sie wieder aus dem Grafikkartenspeicher zu entfernen. Das übernimmt die Funktion glDeleteTextures. glDeleteTextures funktioniert ähnlich wie glGenTextures, nur dass die Texturen entfernt werden. Der erste Parameter gibt die Anzahl der zu löschenden Texturen an, während der zweite Parameter den Namen der Textur bzw. ein Array der Namen mehrerer Texturen verlangt. Das ist doch für den Anfang nicht schlecht. Ihr solltet nun in der Lage sein, zumindest einfache Objekte zu texturieren. Das ist eigentlich das gesamte Grundprinzip. Natürlich gestaltet es sich schwieriger, ein komplexeres Objekt mit UV-Koordinaten zu versehen, als ein Quad, aber an der Technik selbst ändert sich nur wenig. Wir werden nun einige Spielereien zeigen, die man mit Texturen machen kann, damit Ihr ein Gefühl dafür bekommt, wie man ein Problem elegant umschiffen kann!

Die Rückkehr der Matrizen

Texturen

Tja… und da ich ein Sadist bin [Anm. des Lektors: Ooooh ja!] werden wir uns nun nochmals den Matrizen zuwenden! Dachtet Ihr etwa, Ihr seid die Dinger schon wieder los? Ich habe Euch im letzten Tutorial angedroht, dass es nicht nur eine Matrix für die "Welt" gibt, sondern auch noch weitere. Unter anderem eben auch für Texturen.

Die Texturmatrix funktioniert streng genommen genauso wie auch die Worldmatrix. Solange wir sie aktiv haben, wird sie von jedem Matrixbefehl berücksichtigt! Einziger wirklicher Unterschied ist, dass sie nicht die Position oder die Form eines Objektes beeinflusst, sondern nur das Rendern der Textur selbst. Hö? Was meint der Kerl bloß damit?! Nun… stellt Euch vor, Ihr habt ein Quad und wollt darauf eine Textur bewegen, so dass es aussieht, als würde sie sich von rechts nach links bewegen! Was wir jedoch nicht wollen ist, dass sich das Objekt bewegt, sondern nur, das was darauf zu sehen ist. Stellt Euch vor, Ihr schaut aus einem Fenster und seht einen wolkigen Himmel, der Wind bläst die Wolken von einer Himmelsrichtung zur anderen. Ihr könntet so z.B. das Fenster als Quad nehmen und dann die Textur darauf zeichnen und glaubt mir, die Illusion würde auffliegen, sobald sich das Fenster mit der Textur bewegen soll. Nein, stattdessen bewegen wir nur die Textur auf dem Quad und zwar ohne das UV-Mapping anzutasten. Wir beeinflussen einfach die Art, wie die Textur auf das Quad projiziert werden soll. Dafür dient die Texturmatrix.

Stellen wir uns mal vor, dass wir unser Quad zeichnen und eine Variable X haben, die wir bei jedem Rendervorgang leicht erhöhen. Dies soll die Bewegung darstellen. Alles was wir nun tun müssen ist, die Texturmatrix entsprechend anzupassen.

glMatrixMode(GL_TEXTURE);
  glLoadIdentity;
  glTranslatef(x,0,0);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

Das ist bereits der ganze Spuk! Wir teilen OpenGL durch glMatrixMode mit, dass sich ab sofort alle Veränderungen der Matrix nur noch auf die Texturmatrix beziehen sollen. Danach setzen wir diese sofort auf ihren Standardwert zurück. Der Grund hierfür sollte Euch von der Worldmatrix noch in Erinnerung sein. Anschließend ändern wir die Position der Textur auf dem Quad. Würden wir X jedes Mal um 1 Einheit erhöhen, so würde diese Operation ohne Effekt bleiben, da wir die Textur immer um ihre ganze Größe nach links projizieren würden. Würden wir X z.B. bei jedem Vorgang um 0.01 erhöhen, so würde die Textur sich langsam von rechts nach links bewegen. Ich denke, Ihr könnt bereits erahnen, welche Parameter dafür verwendet werden, um eine Textur von unten nach oben zu bewegen ;).

Wichtig ist auf jeden Fall, dass Ihr anschließend mit glMatrixMode wieder die Worldmatrix aktiviert, da sonst alle weiteren Matrixmanipulationen auf die Texturmatrix angewandt werden würden. Denkt nicht, dass die Texturmatrix damit deaktiviert wird! Ab sofort wird auf das Objekt sowohl die World- als auch die Texturmatrix angewendet. Seht Ihr? Das Ganze ist doch gar nicht ganz so schlimm. Es versteht sich auch von selbst, dass Ihr glRotate und glScale ebenfalls darauf anwenden könnt, natürlich auch nach den gleichen Regeln auf die Worldmatrix. Experimentiert am Besten auch etwas mit diesen Einstellungen herum!

Wir tapezieren unsere Welt mal anders

Am Fließband

Eigentlich sollte an dieser Stelle bereits Schluss sein. Ich wurde allerdings während des Schreibens des Tutorials nach einer Sache gefragt und möchte die Chance nutzen, diese Frage zu beantworten und gleichzeitig das angewandte Wissen der vorhergehenden Lektion etwas zu vertiefen. Wir haben folgende Problematik: Wir brauchen eine animierte Textur auf einem Objekt. Dies könnte z.B. eine bewegte Lavamasse sein oder irgendwas Glibbriges, was am Boden wabbelt. Oder eben in unserem Fall eine Folge von Zahlen, die wie ein Countdown aufgelistet werden. Sicherlich könnte nun jemand von Euch auf die Idee kommen, viele einzelne Texturen zu laden und diese in einem Array zu speichern. Dies mag auch durchaus sinnvoll sein nicht jedoch, wenn es sich um kleine Bilder handelt (bei uns z.B. 32x32 Pixel). Auch bei Bitmap-Fonts würde man nie auf die Idee kommen, für jeden Buchstaben eine einzelne Textur zu verwenden, sondern vielmehr eine Textur mit allen Buchstaben darauf erstellen, da dies u.a. den Ladevorgang erheblich beschleunigt! Klingt einleuchtend oder? Aber wie sollen wir dem Programm mitteilen, welcher Teil der Textur auf welche "Ecke" geklebt werden soll? Nun… auch hierbei heißt des Lösungs Rätsel [Anm. des Lektors: Er macht's schon wieder. Herrlich…] UV-Mapping!

Dies ist unsere Textur! Sie hat eine Gesamtlänge von 256x32 Bildpunkten und wie man leicht sehen kann, soll sie aus 8 Teilstücken bestehen. Die V-Koordinate können wir in diesem Fall getrost vernachlässigen, weil sie in diesem Fall immer konstant sein wird, weil wir die ganze Höhe der Textur verwenden wollen. Sie wäre nur dann interessant, wenn wir z.B. noch eine zweite Reihe darunter setzen würden. Ich denke jedoch, dass jemand der das gleich folgende verstanden hat, sofort eine Lösung für diese "Problematik" finden wird ;).

Wichtig ist, dass wir uns bewusst werden, dass eine Textur beim UV-Mapping immer von 0 bis 1 reicht. Um nun die einzelnen Bilder aus einer Textur auf ein Objekt zu setzen, müssen wir nichts anderes machen, als zu errechnen, an welcher Stelle ein Bild anfängt und wo es aufhört. Nur zur Kontrolle, damit es auch jeder begreift: Würden wir nur die erste Hälfte der Textur auf ein Objekt kleben, so müsste unsere U-Koordinate von 0 bis 0.5 reichen. Die zweite Hälfte hingegen von 0.5 - 1.0. Soweit klingt es doch noch alles logisch oder? Genauso müssen wir auch vorgehen, wenn wir einzelne Bilder auf einem Quad abbilden wollen. In unserem Fall müsste die U-Koordinate von 0 bis 1/8 reichen. Das zweite Bildchen hingegen von 1/8 bis 2/8 etc. D.h. wir wissen, dass jedes unserer Bilder 1/8 "Einheiten" lang ist! Und somit haben wir ja bereits eine Lösung für unser Problem. Um das ganze dynamisch auszudrücken: Wir brauchen nur die Größe der Textur durch die Anzahl der Bilder zu teilen. Bevor jemand einen Denkfehler macht: Es ist hierbei ganz egal, wie groß die Textur wirklich ist (hier 256x32 Pixel). Dank OpenGL errechnen wir das UV-Mapping ja in absoluten Größen. Nun der Code:

PicLength:= 1 / PicCount;
PicPos:=Round(Pic)*PicLength;
glBegin(GL_QUADS);
  glTexCoord2f(PicPos,		    1); glVertex3f(-1,1,0);
  glTexCoord2f(PicPos + PicLength, 1); glVertex3f(1,1,0);
  glTexCoord2f(PicPos + PicLength, 0); glVertex3f(1,-1,0);
  glTexCoord2f(PicPos,		    0); glVertex3f(-1,-1,0);
glEnd;

Pic:=Pic + MovementValue;

Pic ist in diesem Fall eine Variable vom Typ Single, die langsam erhöht wird. Wir runden den Wert hier, so dass beim Erreichen eines jeden ganzzahligen Wertes das nächste Bild angezeigt wird. Wir multiplizieren die Nummer des anzuzeigenden Bildes mit der Breite eines Bildes, um die Anfangsposition zu erhalten und addieren dann noch eine volle Bildbreite dazu, um die Endposition zu erhalten. Hört sich gewaltig gefährlich an, liegt aber mehr an meinem mangelnden Ausdruck als an der Schwierigkeit dieses Problems ;).

Im Sample werdet Ihr noch sehen, was passiert, wenn man den Wert nicht rundet. Man erhält in diesem Fall einen "flüssigen" Bildübergang. Letztendlich gibt es viele Möglichkeiten, solche Ideen zu implementieren. Nehmt dies einfach als kleineren Gedankenschub und vor allem: Werdet Euch bewusst, was genau dort passiert! Eine Menge toller Dinge lassen sich mit einem guten UV-Mapping erzielen. Wer noch etwas umherexperimentieren will kann gern versuchen selbes Ziel mit Hilfe der Texturenmatrix zu erreichen. Die Lösung ist verblüffend einfach.

Terraforming mal anders

Relativ lange habe ich nach einem guten Beispiel für folgende Problematik gesucht: Ich wollte Euch die UV-Koordinaten etwas näher bringen und Euch zeigen, wofür man sie einsetzen kann. Irgendwie wollte mir nichts Interessantes aus meinem Kopf entspringen bis ich irgendwann in einigen alten Programmen von mir rumgewühlt habe und einen alten Terrainrenderer von mir fand. Schon war die Idee da! Wir schreiben ein kleines Programm, das eine ganz simple, unoptimierte Landschaft rendern wird. Das hört sich sicherlich Anfangs relativ gewaltig an, mit etwas Verständnis für die oberen Probleme sollte dies jedoch kein Problem für Euch sein. Zuvor allerdings ein paar Gedankenspiele. Zunächst widmen wir uns kurz der Texturiering. Wie würde die simpelste Landschaft aussehen, die wir uns vorstellen können? Richtig! Sie wäre ein einfaches, flach liegendes Quadrat mit einer Textur überzogen, der Wand aus unserem ersten Versuch sehr ähnlich! Dies hat jedoch einen klitzekleinen Nachteil: Wir könnten keine Höhenstufen einbauen und ohne die wäre die Landschaft nur halb so realistisch. Denn wir wollen versuchen, folgende Szene zu zaubern:

Um allerdings Höhen einzubinden, müssen wir die Landschaft in viele kleinen Quads unterteilen, die natürlich an Ihren Eckpunkten unterschiedliche Höhen haben, sich jedoch jeweils einige Punkte teilen. Es versteht sich von selbst, dass diese die gleiche Höhe haben müssen, damit die Landschaft auch durchgängig ist und nicht irgendwelche mysteriösen Löcher darauf erscheinen ;). Auf folgendem Screenshot kann man dies deutlich erkennen:

Technisch gesehen ist das Ganze einfach zu realisieren, da wir nur begreifen müssen, dass alle Quads nebeneinander liegen und sich - bis auf die äußeren alle einen Eckpunkt teilen. Nun müssen wir beim Rendern jeden Eckpunkt nur noch vom angrenzenden Quad lesen und fertig ist die Landschaft. Ich will da nicht näher drauf eingehen, weil es sich hier nicht um ein Tutorial zur Landschaftsgestaltung handelt. Der Code sollte sich eigentlich von selbst erklären. Vielmehr sollten wir uns einer anderen Problematik widmen! Nämlich wie zur Hölle texturieren wir die Landschaft so, dass sie nicht zur Marke "augenfeindlich" gehört? Wenn Euer erster Gedanke dabei "Boah, cool!" ist, dann gibt's eins auf die Finger! Das wollen wir doch nicht… wie sieht den die Landschaft aus. Eine immer wiederkehrende Landschaft� man erkennt sofort, dass wir hierbei auf jedes Quad die gleiche Textur geklebt haben. Doch wie schaffen wir es nun, dass wir eine Textur über alle Quads ziehen, so dass die ganze Landschaft mit einer Textur überzogen ist anstatt nur über ein einzelnes Feld? Nun, des Lösungs Geheimnis [Anm. des Lektors: Ich liebe ihn dafür! Andere lösen Rätsel. Er geheimnist Lösungen] sind eben unsere UV-Koordinaten und einige pfiffige Köpfe unter Euch sollten bereits einen ersten Verdacht haben. Denn die erste Idee sollte es sein, den linken unteren Punkt eine UV-Koordinate von (0/0) zu geben und der rechten oberen (1/1). Alles was wir nun also machen müssen, ist, uns die entsprechenden UV-Koordinaten für die Quads dazwischen auszurechnen und sie dann den Punkten zuzuweisen. Dafür benötigen wir zunächst die Breite eines Quads. Mit normaler Logik lässt sich folgende Aussage aufstellen.

qw:=1 / XCount
qh:=1 / YCount;

Ein Quad benötigt die Länge von 1 durch die Anzahl der Quads in einer Reihe oder Spalte. Genauso verhält es sich auch mit der Höhe. Nun brauchen wir beim Rendern nur noch dem jeweiligen Quad in einer For-Schleife die entsprechende Koordinate zuzuweisen:

U:=1 / XCount;
V:=1 / YCount;

for y:=0 to YCount-1 do
begin
  glPushMatrix;
  for x:=0 to XCount-1 do
  begin
    glBegin(GL_QUADS);
      glTexCoord2f(U*x,     V*(y+1)); 
      glVertex3f(0,  Map[x,y+1],  0);
      glTexCoord2f(U*x,     V*y);     
      glVertex3f(0,  Map[x,y],  1);
      glTexCoord2f(U*(x+1), V*y);     
      glVertex3f(1,  Map[x+1,y],  1);
      glTexCoord2f(U*(x+1), V*(y+1));  
      glVertex3f(1, Map[x+1,y+1],  0);
    glEnd;
    glTranslatef(1,0,0);
  end;
  glPopMatrix;
  glTranslatef(0,0,-1);
end;

Das sieht nach einem herben Stück Arbeit aus oder? Aber wenn Ihr Euch das ganze mal aufzeichnet und im Kopf durchspielt, wird der Groschen fallen. Denkt mal etwas darüber nach! Wenn es dann doch noch Probleme mit dem Verständnis geben sollte, wird das nächste Kapitel hoffentlich jedes Missverständnis aus dem Wege räumen ;).

Nachwort

Okay… ich hoffe Ihr fühlt Euch nach der Abarbeitung dieses Tutorials genauso wie ich, nachdem ich es für Euch geschrieben habe… nämlich elend. Irgendwie wurde das immer mehr und ich sagte mir immer wieder "nein, dass ist nicht genug. Das muss genauer und anschaulicher werden". Dies ist auch der Grund dafür, warum dieses eines der größten Tutorials mit den meisten Bildern usw geworden ist. Erst sollte es noch etwas mehr werden und dann in mehrere Tutorials aufgespaltet werden, allerdings glaube ich mit diesem Tutorial einen guten Mittelweg zwischen Information und Totlabern gefunden zu haben. Lasst es mich wissen, wie Ihr dazu steht! Und bevor die Kritiker gleich wieder alle aus Ihren Löchern kommen und mir sagen, dass einige Bereich einfach als gegeben angenommen werden; denen sei nur gesagt, dass wir u.a. auch versuchen Rücksicht auf Leute zu nehmen, die noch nie 3D programmiert haben und vielleicht Eurem Wissen nicht standhalten können. Daher halte ich es hier für wichtiger, Grundlagen wie UV-Koordinaten und den Einsatz von Texturen zu erklären, als ihnen tausende von Zeilen um die Ohren zu hauen, wie sie die Bytes von der Festplatte in den Arbeitsspeicher laden können. Um jedoch keine Wissenslöcher offen zu lassen: Ihr könnt Euch sicher sein, dass spezielle Tutorials folgen werden, die sich speziell mit dem Laden verschiedener Formate beschäftigen und die genaue Interna (was im Hintergrund abläuft) zu erklären versuchen. Auch das Alpha Blending wird hier mehr zu "Show-Zwecken" verwendet und wird zusammen mit dem Z-Buffer genauer erklärt werden! Also bloß keine falsche Hektik! Ich weiß ... einige von Euch sind recht ungeduldig, aber ständiges Nachfragen und Drängeln führt zu nichts. Versucht Fragen lieber ins Forum zu setzen, damit dort ein wenig Leben reinkommt. Denn wenn es dort belebter wird, kommen auch schneller neue Leute und vielleicht sind ja auch welche dabei, die dann das DGL-Team entlasten können. Also nutzt bitte das Forum, anstatt andauernd per ICQ oder Mail irgendwelche Fragen zu stellen! Die Antwort wird auch nicht viel länger auf sich warten lassen. Im Forum jedoch ist alles dokumentiert und auch anderen zugänglich, so dass ich nicht die gleiche Frage bis zu 5 mal am Tag beantworten muss. Sorry aber das geht einem auf die Nerven und vor allem auf die Zeit ;). Schließlich sind wir keine Maschinen sondern Menschen, die auch ein privates Leben haben ^__-.

Glaubt uns, wir investieren einen sehr großen Teil unserer Zeit in dieses Projekt und solch ein Tutorial lässt sich nicht binnen weniger Tage anfertigen. Jeder der so etwas bereits einmal gemacht hat, wird wissen was ich meine. Es muss ein Konzept her, es müssen Samples geschrieben, Screenshots gemacht werden und ein halbwegs verständlicher Text her. Und nichtsdestotrotz soll es am Ende auch noch passen, einem möglichst großen Publikum Wissen vermitteln, am Besten von Schreib- und Sprachfehlern befreit und in einem halbwegs ansehnlichen HTML-Dokument präsentiert werden. Ein langer Weg ;). Okay, in diesem Sinne, bis bald ;)! btw: Vielen Dank an Magellan für die Bereitstellung und Integration seiner „besonderen Lernleistung“. Euer Phobeus